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Peschreibung
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Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Kondensatableiter der
im Oberbegriff des Anspruches 1 speziizierten Art.
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Ein wesentlicher Vorteil der Kondensatableiter dieser Gattung besteht
darin, daß das Verschlußteil von der Bimetall-Schnappscheibe durch deren Schnappbewegung
jeweils weit geöffnet und aus der Offenstellung momentan geschlossen wird, also
eine intermittierende Arbeitsweise vorliegt. Dies hält den Strömungsverachleiß an
der Absperrstelle relativ gering.
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Bekannte derartige Rondensatableiter (US-PS 16 81 911) arbeiten stets
nur bei dem jeweils eingestellten Betriebsdruck exakt. Wird ein solcher Kondensatableiter
bei einem niedrigeren Druck als dem eingestellten eingesetzt, so erhöht sich als
Folge der geringeren Druckbelastung des Verschlußteiles im Schließsinn die Schließtemperatur
der Bimetall-Schnappscheibe. Da andererseits mit dem Anlagendruck zwangsläufig auch
die Sattdampftemperatur sinkt, kann ein solcher Kondensatableiter erst bei Beaufschlagung
mit überhitztem Dampf schließen. Die Folge hiervon ist betråchtlicher Dampfverlust.
Bei Einsatz des Kondensatableiters- unter höherem als dem eingestellten Druck ergibt
sich umgekehrt ein verspätetes Ableiten und ein für die vorgeschaltete Anlage u.U.
verhängnisvoller Kondensatstau. Die bekannten Kondensatableiter sind daher nur in
Anlagen mit konstantem Druck einsetzbar und müssen vor der Inbetriebnahme stets
exakt auf diesen eingestellt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kondensatableiter
der eingangs genannten Art zu schaffen, der unter verschiedenen Betriebsdrücken
eingesetzt werden kann, ohne ein jeweiliges druckabhängiges Einstellen zu erfordern.
Zusätzlich soll er von Niederdruckschwankungen weitgehend unbeeinträchtigt bleiben.
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Durch die im Anspruch 1 angegebenen Erfindungsmerkmale wird diese
Aufgabe gelöst.
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Der hubbewegliche Wandungsteil der Druckdose übt entsprechend dem
auf ihn wirkenden Kondensat bzw. Vordruck eine Öffnungskraft auf das Verschlußteil
aus. Da mit dem Vordruck die von der Druckdose ausgeübte Öffnungskraft steigt, muß
zum Schließen des Eondensatableiters zwangsläufig auch die Bimetall-Schnappscheibe
eine höhere Schließkraft aufbringen. Höhere Schließkräfte können von der Bimetall-Schnappscheibe
jedoch nur bei höheren Temperaturen aufgebracht werden. Mithin steigt die Schnapptemperatur
der Bimetallscheibe an. Kit dem Vordruck im Kondensatableiter ändert sich also automatisch
in gleicher Richtung jeweils auch die Schnapptemperatur der Bimetall-Schnappscheibe,
so daß ein Einstellen des Kondensatableitera auf den jeweiligen Betriebsdruck der
vorgeschalteten, zu entwässernden Dampfanlage nicht mehr notwendig ist.
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Die t'nteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
zum Gegenstand.
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Ein gemäß Anspruch 2 gegenüber dem Sitzdurchmesser des Verschlußteiles
merklich größerer wirksamer Durchmesser des hubbeweglichen Wandungsteiles der Druckdose
läßt den Anteil der am Verschlußteil wirkenden Druckkräfte an den auftretenden Öffnungs-
und Schließkräften sehr gering werden. Dementsprechend besitzen Anderungen des auf
das Verschlußteil einwirkenden Niederdruckes keinen störenden Einfluß mehr auf die
Arbeitsweise des Kondensatableiters.
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Die Merkmale der Ansprüche 3 und 4 ermöglichen jeweils über einen
weiten Druckbereich einen nahezu gleichbleibenden Abstand der Schließtemperatur
des Kondensatableiters von der jeweiligen Sattdampftemperatur des abzuleitenden
Kondensates.
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Die Merkmale des Anspruches 5 bieten den Vorteil, daß beim Öffnungsvorgang
das Verschlußteil nach stetigem Abbau der Dichtkraft aus der vollen Schließstellung
heraus ohne vorherigen Schleichhub in eine Weitoffen-Stellung auf springt. Enge
Drosseloffenstellungen und damit verbundene Verschleißerscheinungen werden vermieden.
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Bei den Ausführungen nach den Ansprüchen 6 - 8 erfolgt nicht nur
ein momentanes, weites Auf springen des Verschlußteiles, sondern zusätzlich auch
ein ebenso ruck- oder schlagartiger Abbau der Dichtkraft. Dadurch erden zusätzlich
Gleichgewichtszustände, wie sie im Bereich sich stetig abbauender Dichtkraft auftreten,
vermieden und die Verschleißgefahr unterbunden.
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Eine besonders vorteilhafte, flachbauende Gestaltungsform, bei der
für die Druckdose und die Bimetall-Schnappscheibe lediglich eine einzige Halterung
im Ableitergehäuse benötigt wird, beinhaltet der Anspruch 9.
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Der Anspruch 10 gibt eine besonders einfache Art der Halterung der
Bimetall-Schnappscheibe an der Druckdose an.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigt: Fig. 1 ausschnittweise einen ersten Kondensatableiter in Offenstellung,
Fig. 2 ausschnittweise einen anderen Kondensat ableiter in Offenstellung, Fig. 3
ein erstes Offnungs- und Schließkraftdiagramm und Fig. 4 ein zweites Ö.ffnunga-
und Schließkraftdiagramm.
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In Fig. 1 trägt die zwischen dem. Vordruckraum 1 und dem Niederdruckraum
2 eines nicht dargestellten Ableitergehäuses angeordnete Trennwand 7 einen Ventilsitz
4, mit dem ein im ordruckraun 1 befindliches Verschlußteil 5 zusammenwirkt. An einem
im Vordruckraum 1 gehaltenen, korbförmigen Widerlager 6 ist die
ventilsitzferne
Stirnwand 7 einer hermetisch geschlossenen Faltenbalg-Druckdose 8 gelagert, die
an ihrer anderen, hubbeweglichen Stirnwand 9 einen Stößel 1C trägt. Dieser ragt
zentral durch eine Bimetall-Schnappscheibe 11 hindurch Beiderseits davon weist der
Stößel 10 Nitnehmerbunde 12 auf. An seinem ventilsitznahen Ende besitzt der Stößel
10 ein Verbindungsglied 15, in dem das Versclilußteil 5 zwischen zwei Anschlägen
14,15 relativhubteweglich gelagert ist. Die Bimetall-Schnappscheibe 11 ist mit ihrem
Außenrand zwischen zwei am Widerlager 6 befindlichen Stützschultern 16 gelagert.
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Die hubbewegliche Stirnwand 9 der Baltenbalg-Druckdose 8 übt auf
den Stößel 10 eine aus dem Vordruck und dem in der Druckdose 8 herrschenden Innendruck
resultierende Öffnungskraft aus. Die von der Dimetall-Schnappscheibe 11 erzeugte
Schließkraft wirkt ihr entgegen.
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Fließt abzuleitenaes Kondensat durch den Kondensatableiter, so ist
bei niedrigeren Temperaturen die Schließkraft der Bimetall-Schnappscheibe 11 geringer
als die Öffnungskraft der Druckdose 8. Das Verschlußteil 5 befindet sich in der
Offenstellung. enn die Temperatur im Kondensatableiter steigt, erhöht sich auch
die Schließkraft und leitet die Schließbewegung ein. Die Bimetall-Schnappscheibe
11 bewegt über die hitnehmerbunde 12 den Stößel 10 mitsamt der Stirnwand 9 und dem
Verbindungsglied 13 nebst Verschlußteil 5 in Schließrichtung. Aufgrund der Geometrie
der Bimetall-Schnappscheibe 11 wird, wie üblich, in der Anfangsphase der Schließbewegung
in der Bimetall-Schnappscheibe 11 Energie gespeichert. ach Durchlaufen eines Schleichhubes
und Erreichen einer bestimmten Scheibenform, d.h.
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aber bei einer bestimmten Temperatur wird die gespeicherte Energie
frei und führt zu einem Durchachnappen
der ;',imetall-Schnappscheibe
11. Sie nimmt hierbei die hubbewegliche Stirnwand 9 und das Verschlußteil 5 mit.
Das Verschlußteil 5 sperrt schlagartig den Durchfluß am Ventilsitz 4 ab.
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Mit zunehmendem Druck im Vordruckraum 1, d.h.
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mit zunehmender Öffnungakraft der Druckdose 8, wird eine höhere Energie
und damit eine höhere Temperatur erforderlich, um die Bimetall-Schnappscheibe 11
in die instabile Lage und somit zum Zuschnappen zu bringen. Bei fallender Temperatur
verläuft der Vorgang umgekehrt. Die Bimetall-Schnappscheibe 11 schnappt aus einer
zweiten Grenzlage mit zugeordneter Temperatur zurück. Die Öffnungs- und Schließtemperaturen
sind bei konstantem Vordruck unterschiedlich.
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Die Öffnungs- und Schließ-Verhältnisse sind zur Verdeutlichung im
Diagramm Fig. 5 dargestellt. Auf der Ordinate sind die Schließkraft K der Bimetall-Schnappscheibe
11 und die Öffnungskraft Kö, die aus den an der Druckdose 8 und an dem Verschlußteil
5 wirkenden Druckkräften resultiert,aufgetragen. Auf der Abszisse sind die Hübe
H des Verschlußteiles 5 sowie der Birnetall-Schnappscheibe 11 und der hubbeweglichen
Stirnwand 9 der Druckdose 8 aufgetragen. Der Nullpunkt des Koordinatensystems wurde
für den offenen, kräftefreien Kondensatableiter bei Raumtemperatur gewählt.
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Denkt man sich die Bimetall-Schnappscheibe 11 in der Offenstellung
beim Hub 0 festgehalten und erhöht ihre Temperatur, so entstehen in der Bimetall-Schnappscheibe
11 infolge der Unterdrückung der Ausbiegung die der jeweiligen Temperatur tl, t2,
t7, t4 zugehörigen Kräfte K5 auf der Ordinate. Wird åetzt die Temperatur konstant
gehalten und der Bimetall-Schnappscheibe 11 eln Durchbiegung in Schließrichtung
gestattet, so nimmt mit dem Hub die Kraft E5 zunächst ab. Nach Erreichen einei bestimmten
Scheibenform bzw. Durchlaufen eines
bestimmten Teilhubes kippt
-in Analogie zu lellerfedern mit großem Verhältnis von freier Höhe zu Tellerdickedas
Spannungsgleicheicht in der mimetall-Schnappscheibe 11 um. Bei weiterem Schließhub
nimmt die Kraft Es der Bimetall-Schnappscheibe 11 wieder zu, um dann ab einer weiteren
durch die Scheibengeometrie definierten Hubposition wieder abzunehmen. Die Kraftkennlinien
für gegebene jeweils konstante Temperaturen weisen demnach einen s-förmigen Verlauf
auf, mit einem Kraftininimum nach kleinerem Teilhub und einem Kraftmaximum nach
größerem Hub.
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Die von der hubbeweglichen Stirnwand 9 der Druckdose 8 und vom Verschlußteil
5 bestimmte Offnungskraft E0 ist für einen gegebenen Vordruck über dem Hub nahezu
0 konstant. Das Verschlußteil 5 durchläuft aus der Offenstellung bei konstantem
Druck und steigender Temperatur unter Bildung stabilen Gleichgewichtes die den Schnittpunkten
a1, ao zugeordneten Teilschließhübe. Bei der Schließtemperatur t3 tritt im Punkt
a Tangentenlage des Kraftminimums der Schließkraft Es der Bimetall-Schnappscheibe
11 mit der Öffnungskraft Kö ein. Aufgrund des nachfolgenden Anstiegs der Schließkraft
Es ist in Schließrichtung kein Gleichgewicht mehr möglich. Die Bimetall-Schnappscheibe
11 schnappt durch, bis das Verschlußteil 5 im Punkt as die Bohrung des Ventilsitzes
4 verschließt. Die Strecke as - aD im Diagramm Fig. 3 stellt die zum Dichten eines
fest mit der Bimetall-Schnappacheibe 1 verbundenen Verschlußteiles 5 vorhandene
Kraft dar.
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Bei sinkender Temperatur nimmt die Dichtkraft ab, bis bei der Öffnungstemperatur
t1 im Punkt as Gleichgeweicht zwischen K5 und K.. erreicht ist. Bei kleineren Hub-0
positionen bzw. niedrigeren Temperaturen ist kein Gleichgewicht mehr möglich. Die
Bimetall-Schnappscheibe 11 schnappt mitsamt der Sendung 9 und dem Verschlußteil
5
auf, bis das Verschlußteil 5 die dem Punkt a1 auf der Kraftkennlinie
der Öffnungstemperatur t1 zugeordnete Offenstellung erreicht hat.
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Ist das Verschlußteil 5 nicht fest mit der Dimetall-Schnappscheibe
11 verbunden, sondern,wie im Ausfüllrungsbeispiel gezeigt, über den Anschlagbund
17 und die Anschläge 14, 15 axialbeweglich am Verbindungsglied 13 gehalten, so wird
das Verschlußteil 5 beim Schließ-Schnapphub, wie zuvor geschildert, bei dem dem
Punkt im Diagramm Fig. 4 zugeordneten Schließhub auf dem Ventilsitz 4 abgesetzt.
Da jetzt die auf die Bimetall-Schnappacheibe 11 einwirkende Öffnungakraft K. um
die 0 er Verschlußteil 5 vor dem Aufsetzen in Schließrichtung irksame Druckkraft
entlastet wird, steigt Kö bei as sprungartig an. Das Verschlußteil 5 dichtet den
Ventilsitz 4 mit der aus der Druckdifferenz zwischen dem Vordruckraum 1 und dem
Niederdruckraum 2 resultierenden Dichtkraft ab. Die Bimetall-Scbnappscheibe 11 schnappt
jedoch mit der Stirnwand 9 über das Kraftmaximum hinaus durch, bis danach bei der
aL entsprechenden Hubposition die axiale Lose 21 im Verbindungsglied 13 durchlaufen
ist. Der Anschlag 15 kommt cann am Anschlagbund 17 des Verschlußteiles 5 zur Anlage.
Die Strecke aK - aL im Diagramm Fig. 4 stellt den Betrag der zusätzlich auf das
Verschlußteil 5 wirkenden Dichtkraft dar, die sich zu der oben beschriebenen hinzu
addiert.
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Bei sinkender Temperatur entfällt zunächst die Zusatzdichtkraft aK
aL. - aL. Die Bimetall-Schnappscheibe 11 und die Stirnwand 9 bewegen sich dann in
Öffnungsrichtung innerhalb der axialen Lose 21 zwischen dem Anschlag 14 und dem
Anschlagbund 17 vom Punkt aL unter stabilem Gleichgewicht bis zur Tangentenlage
der Schließkraft K5 mit der Öffnungekraft Kö im Punkt aR bei der Öffnungstemperatur
t1. Bei weiterem Öffnungahub bz. bei Unterschreiten cer Temperatur t1 schnappt die
bimetallscheibe 11 nebst
Stirnwand 9 und Verbindungsglied 13 durch
und nimmt unter ruckartigem Abbau der Dichtkraft bei a5 das Verschlußteil 5 mit
in die Offenstellung nach a1.
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Aus den Diagrammen Fig. 3 und 4 ist weiter erkennbar, daß mit steigender
Öffnungskraft Kö d.h. bei steigendem Vordruck sich der Schließ- bzw. Öffnungsvorgang
bei höheren Temperaturen in gleicher Weise wiederholt.
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Sinne Einstellung des Kondensatableiters auf bestimmte Betriebsdrücke
ist deshalb, wie zuvor schon beschrieben, nicht erforderlich.
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Die Druckdose 8 kann evakuiert oder mit der Atmosphäre verbunden
sein. Die Öffnungskrft K.. ist dann 0 nur vom Druck bestimmt, und es ergibt sich
ein linearer Zusammenhang zwischen dem Vordruck und der Schnapptemperatur der Bimetall-Schnappscheibe
11. Bei Füllung der Druckdose 8 mit einer verdamDfenden Flüssigkeit ist die Kraft
E0 außerdem noch von der Temperatur bestimmt. Die 0 zuvor beschriebene Dynamik der
Schließ- und Öffnungsvorgänge bleibt hiervon unbeeinflußt. Kit der Füllung läßt
sich jedoch die Schnapptemperatur, d.h. die Unterkühlung des abzuleitenden Kondensates
gegenüber der Settdampftemperatur beeinflussen bzw. einstellen. Bei entsprechender
Füllung der Druckdose 8 ergibt sich ein kurvenförmiger Zusammenhang zwischen der
Schnapptemperatur und dem Vordruck, so daß die beim spontanen Öffnen und Schließen
herrschende Unterkühlung des abzuleitenden Kondensates gegenüber der Sattdampftemperatur
über einen großen Druckbereich sich kaum verändert.
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Die wirksame Fläche der hubbeweglichen Stirnwand 9 der Druckdose
8 ist weitaus größer als der Durchmesserquerschnitt des Ventilsitzes 4. Die vom
Vor- und Niederdruck auf das Verschlußteil 5 ausgeübten Kräfte sind folglich gegenüber
den Öffnun£s- und Schließkräften der Druckdose 8 und der limletall-Schnappscheibe
11 so klein, daß sie keinen wcsentlichen Einfluß auf die Öff-
r.ungs-
und Schlief?punkte des Ableiters besitzen. Änderungen des Niederdruckes sind caher
onne störenden Einfluß.
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In der Ausführung nach Fig. 2 weist die hermetisch geschlossene Druckdose
18 einen tellerförmigen, starren Wandungsteil 19 auf, der an dem bügelförmigen Widerlager
6 gehalten ist. Mit dem Wandungsteil 19 ist peripher eine Hubmembran 20 verschweißt,
die ihrerseits zentral das Verbindungsglied 13 mit dem Verschlußteil 5 trägt. In
der Druckdose 18 ist die Bimetall-Schnappacheibe 11 zwischen der Hubmembran 20 und
dem Wandungsteil 19 angeordnet. Mit ihrem Außenrand stützt sich die Simetall-Schnappscheibe
11 an dem Wandungsteil 19 ab, während sie mit ihrem Innenrand im Schließsinn auf
das Verbindungsglied 13 einwirkt.
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Die Druckdose 18, die Bimetall-Schnappscheibe 11 und das Verbindungsglied
13 mit dem Verschlußteil 5 bilden bei dieser Ausführung eine flache, kompakte Baueinheit,
die lediglich an einer einzigen Stelle am Widerleger 6 zu haltern ist.
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Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform entspricht der zuvor zu Fig.
1 beschriebenen.
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Liste der Bezugszeichen 1 Vordruckraum 2 Niederdruckraum Trennwand
4 Ventilsitz 5 Verschlußteil 6 Wiaerlager 7 Stirnwand 8 Faltenbalg - Druckdose 9
Stirnwand 10 Stößel 11 Bimetall-Schnappacheibe 12 Mitnehmerbund 13 Verbindungsglied
14, 15 Anschläge 16 Stützschultern 17 Anschlagbund 18 Druckdose 19 Wandungsteil
20 Hubmembran 21 Lose